JP3977688B2

JP3977688B2 - Deep rolling device for deep rolling of recess and radius of crankshaft journal bearing

Info

Publication number: JP3977688B2
Application number: JP2002153908A
Authority: JP
Inventors: ハイマンアルフレート
Original assignee: へゲンシャイト−エムエフデーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンディトゲゼルシャフト
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: US20020189312A1; DE10222197A1; JP2003019531A; EP1262280B1; DE50204743D1; PL200103B1; US6666061B2; PL354133A1; EP1262280A1; ATE308405T1

Abstract

The rollers (8) may be inclined at an angle of 35 degrees. They are pressed into the corners of a broad bearing groove by a pair of inclined guide surfaces (9) on the deforming tool (7) to form small grooves (4). There are tool housing members (6) on either side of the tool, which consists of a roller. A distance or position sensor (14) is placed between a central rib (13) on the tool and the floor of the broad bearing groove. The rollers induce stretching forces (10) in the metal round the small grooves.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主請求項の前文の特徴に従いクランク軸上の凹所および半径を深部転造（ｄｅｅｐｒｏｌｌｉｎｇ）する深部転造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クランク軸の深部転造は、クランク軸の軸受を夫々側方から画成する凹所および半径内へと所定力により押圧される深部転造用ローラにより達成される。クランク軸の半径および凹所を深部転造する方法、機械もしくは工具はたとえば、ＥＰ０６８３０１２Ａ１、ＥＰ０６６１１３７Ｂ１およびＥＰ０２９９１１１Ｂ１に開示されている。公知の機械を用いる前記公知方法においてクランク軸材料は、深部転造用ローラの助力により約１ｍｍの深度まで可塑化される。この場合、前記深部転造用ローラの転造半径（ｒｏｌｌｉｎｇｒａｄｉｕｓ）の回りには接線方向に残留圧縮応力が蓄積されるが、この残留圧縮応力は曲げ応力下でクランク軸が動作する間に、クランク軸の側部（ｃｈｅｅｋ）へと遷移する軸受ピンの傾斜変換点（ｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ）における亀裂の形成を低減することから、クランク軸の疲労強度を相当に高める。一切の深部転造の品質は、クランク軸の耐用期間に対して明らかに重要である。特に普及しているディーゼルエンジンによる大きなトルクおよび更なるエンジン性能により、クランク軸に対する要件は次第に厳しくなりつつある。その結果、当業界ではクランク軸の深部転造が次第に重要になると共に精度も次第に高まりつつある。これまでのところ、深部転造は所定の深部転造力により実施され得ることは知られている。しかし深部転造力を順守しただけでは、クランク軸材料の強度の多様性、または、クランク軸の前処理の間において特に切削および適切であれば硬化の間においてクランク軸に導入される誤差を補償することはできない。深部転造されるべきクランク軸上の凹所もしくは半径における前処理の誤差は、所定深部転造力を順守する公知方法によっては検出されない。
【０００３】
被加工材表面を強化する方法は、ＤＥ１９５１１８８２Ａ１にも開示されている。この公知方法は、クランク軸処理に適用され得る。この場合、被加工材表面は強化プロセスの間において測定され、且つ、測定結果からはツール・パラメータを設定／変更する制御変数が求められる。特に、被加工材表面内への変形ツールの貫入深度が決定される。対応する所定力を付与する深部転造用ローラは被加工材の材料内へと貫入することから、貫入している該深部転造用ローラの両側には被加工材材料の流動性状（ｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｕｒ）に依存して***部が形成される。その場合、深部転造用ローラの実際の貫入深度は、***部の差分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）から得られる。次に表面の等高線（ｃｏｎｔｏｕｒ）は、適切に作用するセンサを用いてたとえば機械的、気圧的、油圧的、音響的、電磁的、電気容量的または電子的に測定され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記公知方法の不都合は、貫入している深部転造用ローラの両側における***部を以て、貫入深度を間接的に記録することである。斯かる***部は場合によっては全く確定的でなく、または、殆ど測定され得ないほどに確定的でない。このことは特に、たとえばクランク軸の凹所の両側への遷移部において夫々異なる平面内に在る***部の場合にあてはまる。経験によれば、***部が測定され得る精度は、クランク軸への深部転造用ローラの貫入深度に関して信頼性の高い記述を行うに十分でないことが分かった。その代わり、クランク軸に対する移動が径方向もしくは軸心方向であるかまたは同時的な両方向の移動であるかに関わりなく、深部転造用ローラの経路を直接的に追尾することが実質的に更に好都合である。
【０００５】
当業界の実際において前記状況は、機械の個々の深部転造用ローラが他の深部転造用ローラと比較して耐用期間が短くて尚早に破損するという場合にも生ずる。これまでに知られた手段によれば、深部転造用ツールの斯かる尚早な破損を検出することは困難もしくは完全に不可能である。故に当業界ではこれまで、転造されたクランク軸の半径もしくは凹所を、手動で装着されるクリップ止め計器を用いて無作為にチェックして来た。
【０００６】
上述の困難性および不都合に依り本発明の目的は、特に均一な製品結果を達成すべく且つ被加工材の先行処理から当該プロセスに忍び寄る一切の誤差を適時に検出して排除すべく、クランク軸の半径および凹所の深部転造を更に改良するに在る。この場合、斯かる改良は付加的出費なしで経済的な様式で達成可能とされねばならない。特に、深部転造を実施する上では、クランク軸深部転造機械およびクランク軸深部転造ツールならびに本来的に公知の測定および調整機器などの既存の機器が、一切の実質的な変更なしで使用されねばならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る前記目的を達成するために、ジャーナル軸受の凹所もしくは半径の深部転造操作の過程において深部転造後に所定転造深度に対応する塑性変形が維持される如く、深部転造用ツールの深部転造用ローラの径方向において貫入深度が連続的に測定されると共に深部転造力の大きさが測定貫入深度の関数として調整されるという装置が提案される。
【０００８】
同様にして、切削の結果であるか硬化の結果であるかに関わりなく、前処理の間にクランク軸に導入された誤差が検出される。この目的のために、深部転造用ツールと同一の構造を有する測定ツールが使用される。深部転造操作を実際に開始する前に、低い付与力にて各測定ローラがジャーナル軸受の凹所内に挿入される。貫入の間に生ずる前記各測定ローラの軸心方向拡開は、記録されると共に、前処理の品質に対する測定値として決定される。この目的のために、個々の測定ローラと近傍のクランク軸の各オイル・カラーとの間の軸心方向距離を記録するセンサが使用される。
【０００９】
所定転造深度を以てクランク軸の凹所および半径を深部転造する公知方法は今や、深部転造されるべきクランク軸の半径もしくは凹所の特定状態に依存する特定の転造深度を達成すると共に該転造深度を達成すべく深部転造力を適切に変更することで改良される。
【００１０】
前記装置は深部転造用ツールの単一の深部転造用ローラを用いる如き方法を実現し得るが、深部転造用ツールで通常的に使用される両深部転造用ローラの貫入深度も測定され得る。これに加え、測定ツールの各測定ローラの結果的軸心方向変位が記録され得る。深部転造用ローラの貫入深度または測定ツールの各測定ローラの軸心方向における変位を測定する上では幾つかのデバイスが適切であり、且つ、特定の選択はいずれの場合にも当業者の技術範囲内である。
【００１１】
深部転造用ツールの深部転造用ローラの貫入深度、または、センサを用いて測定された測定ツールの測定ローラの変位は、コンピュータに記憶され、オペランドに変換され、且つ、それに応じて深部転造力が調整される。通常の手順は、最初に実際の深部転造の以前に一定の小さな付与力でクランク軸を転造する段階と、深部転造力による深部転造の後で前記付与力における貫入深度と前記深部転造力における貫入深度から求められた各測定値間の差を評価する段階と、次に対応して評価されたオペランドを用いて貫入深度を決定する段階とを含む。斯かるオペランドは好適に、切削の結果であれ硬化の結果であれ又は深部転造用ローラ自体の損傷であれ、クランク軸の前処理の間に生ずる誤差を決定するに適している。
【００１２】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する方法を実施する深部転造装置に関している。本発明に係る深部転造装置は、深部転造用ローラ用のガイドローラとクランク軸のジャーナル軸受との間の径方向中間間隔内には前記クランク軸の凹所および半径内への深部転造用ローラの貫入深度を測定するセンサが配備されることを特徴とする。前記センサは、貫入深度の測定値を記憶するコンピュータであって該測定値をオペランドへと変換するコンピュータに接続され、前記コンピュータもまた複数の制御要素に接続されると共に、前記制御要素の少なくともひとつは前記クランク軸の回転を制御し、少なくとも他のひとつは前記クランク軸の回転および評価されたコンピュータ・オペランドの関数としての圧力媒体により圧力媒体シリンダへの送給を制御することで深部転造力を生成する。
【００１３】
前記センサは、深部転造用ツールの各部材を夫々保持する鋏状の二つの機器アームの夫々の第一の外端部を除き、各機器アームに沿った種々の測定平面内に配置され得る。クランク軸内への深部転造用ローラの径方向貫入深度を決定する可能性に加え、深部転造用ツールとして構成された測定ツールの２個の測定ローラが測定用転動ツール（ｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｏｌｌｉｎｇｔｏｏｌ）内で約３５°の角度で傾斜されるなら、各測定ローラの貫入に伴う該測定ローラの軸心方向拡開をセンサの助力により決定することも可能である。
【００１４】
前記センサとしては、誘導センサ、光学的に機能する三角測量センサ、デジタル式経路測定センサ、ポテンショメータまたは超音波センサが適切である。いずれの場合においても最適な選択は当業者の技術範囲内である。この場合、レーザ光線により動作する三角測量センサも使用され得ることが企図される。デジタル式経路測定センサおよび容量的ポテンショメータはいずれも、渦電流方式により測定を行うデバイスとして構築され得る。特定のセンサは、約１ｍｍの測定範囲に対して転造深度の測定値が０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍであるという少なくとも十倍の分解能（ｔｅｎｆｏｌｄｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を有することが重要である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下において本発明は幾つかの実施例を参照して説明される。非常に簡略化された各図は縮尺通りでなく主として概略的である。
添付の各図面において、直接的にクランク軸に関連する部分は特に陰影を付して識別可能とされている。制御システムは破線で示される。
図１は、クランク軸１を深部転造するシーケンスを示している。クランク軸１は、たとえば主軸受もしくはコンロッド軸受に対するジャーナル軸受２を有する。たとえばクランク軸１の長手軸心と平行に延在する一点鎖線３により示されるクランク軸１の長手軸心の方向において、ジャーナル軸受２は各側にて凹所４により境界画定される。図１において明確に理解され得る如く二つの凹所４は、ジャーナル軸受２の幅に対応する軸心方向離間距離を有する。図１における選択表示に依れば、各凹所４は深部転造ツール５を用いて処理される。深部転造ツール５はツール・ハウジング６を備え、該ハウジング内には軸心３回りに回転可能にガイドローラ７が支持される。各凹所４内には深部転造用ローラ８が貫入し、２個の深部転造用ローラ８は垂直に対して約３５°の角度にて外方に拡開されると共に、ツール・ハウジング６の内側でガイドローラ７のガイド面９上に支持される。
【００１６】
凹所４上における深部転造用ローラ８の作用の結果、凹所４の底部にてクランク軸１の内部には、矢印１０により示される接線方向の残留圧縮応力が現れる。凹所４の底部は矢印１１により表されると共に、矢印１２は乗用車のエンジンに対するクランク軸においては１．２乃至１．９ｍｍとされ得る転造半径を表している。
【００１７】
本実施例において、ガイドローラ７の外周縁部１３とクランク軸１のジャーナル軸受２との間における径方向間隔内には、センサ１４が配置される。センサ１４は、ハウジング６に対して適切な箇所で接続されて、ガイドローラ７の外周縁部１３とクランク軸１のジャーナル軸受２との間の径方向距離を測定する。センサ１４はたとえば、小型形状の渦電流センサとされ得る。センサ１４は図２にも示される。此処で該センサはたとえば、二つの機器アーム１５および１６を有する深部転造デバイス１７の機器アーム１５上に配置される。
【００１８】
既述の如く単一の深部転造機は、処理されるべきジャーナル軸受２の個数に対応する複数の斯かる深部転造デバイス１７を有する。二つの機器アーム１５および１６は、鋏の様に共通枢動点１８にて相互に枢着される。二つの機器アーム１５および１６の第一の外端部１９および２０の各々は、深部転造ツール５の対応部分を保持する。故にたとえば、機器アーム１５の第一の外端部１９にはガイドローラ７と共にツール・ハウジング６が取付けられ、これに対向する第二の機器アーム１６の第一の外端部２０には２個の支持ローラ２２と共にケーシング２１が取付けられる。クランク軸１は中間に配置される。図２における表示に依れば、センサ１４は機器アーム１５およびツール・ハウジング６の両者に対して取付けられる。
【００１９】
機器アーム１５および１６の夫々の第二の外端部２３および２４の間には、圧力媒体シリンダ２５が配置される。この圧力媒体シリンダ２５は、クランク軸１の各凹所４を深部転造するために必要な深部転造力を生成する。センサ１４からの信号はたとえばコンピュータ５３へと転送され、其処で記憶され、オペランドへと変換され、且つ、圧力媒体シリンダ２５に対する圧力媒体の供給を調整するレギュレータ５４へと供給される。コンピュータ５３およびレギュレータ５４は、当業者が熟知した機器である。
【００２０】
図３は、径方向においてクランク軸１の軸受表面２に対する深部転造用ローラ８の距離２６の変化を示している。此処では、深部転造プロセスの間において二つの矢印２７の方向において個々に位置の変化を受ける２個の深部転造用ローラ８の距離２６の変化が一つにまとめて記録される。図３からは、二つの矢印２７が各々、矢印２６に対応する垂直方向のひとつの成分と、回転軸心３の方向における別の成分２８へと分解され得ることが理解され得る。
【００２１】
この形式の記録は、図４から理解され得る。測定ツール５７の各測定ローラ３８がクランク軸１の凹所４内へと貫入するとき、これらの測定ローラ３８は同時に軸心方向２８への拡開を受ける。深部転造ツール６に対するのと同様に、測定ツール５７の２個の測定ローラ３８はケージ３３（図５）内で側方に案内される。測定ツール５７の各測定ローラ３８の軸心方向変位を決定すべく、たとえば測定ローラ３８とクランク軸１のオイル・カラー３１との間の間隔３０の大きさを決定するセンサ２９が配備される。深部転造操作の以前における各測定ローラ３８の軸心方向位置により、クランク軸１の前処理における誤差すなわち異なる深度へと陥没形成された凹所４の誤差が識別され得る。また深部転造の間における測定ローラ３８の変位に依れば、たとえば各凹所４の近傍における異なる硬化の結果としての異なる転造深度を識別し得ることから、プロセスが監視され得る。測定ツール５７のツール・ハウジング４０に対してセンサ２９を取付ける態様が特に好都合であるという図４に対応する配置構成が在る。これに加え、必要であれば、クランク軸１の１回転の間において凹所４によりカバーされる経路３４を記録するための（不図示の）経路センサと協働する力センサ３２も測定ツール５７を完成させ得る。力センサ３２はたとえば制御ライン５５を介し、圧力媒体シリンダ２５に圧力媒体を供給する供給ライン５６に接続される。深部転造力の夫々の大きさは、これもまた当業者が熟知した作動圧力を記録するこの可能的方法により決定かつ監視される。
【００２２】
図６は、二つの機器アーム１５および１６の夫々の第一の外端部１９および２１間における径方向距離の変化を記録する、センサ１４と同様のセンサ３５を示している。外端部１９および２１における配置構成に加え、各測定平面３６内にはセンサ３５に匹敵するセンサも取付けられ得る。此処では、測定平面３６の適切な選択は当業者に委ねられる。特定の配置構成に対しては、求められる測定量が十倍の分解能を有することのみが重要である。
【００２３】
図１０には、実質的に図６に対応する拡大図が示される。此処では、外端部２０と枢動点１８との間において機器アーム１５の内側にはホルダ５８が取付けられる。ホルダ５８からは、機器アーム１６に向けられた例えば誘導式変位ピックアップなどの測定センサ５９が突出する。測定センサ５９は、二つの機器アーム１５および１６間の距離を高精度で記録し得ることから、一切の間隙なしでクランク軸１への深部転造用ローラ８の貫入深度を記録するに適している。測定信号は測定ライン６０を介してコンピュータ５３に受け渡され、コンピュータ５３は、当該レギュレータ５４の一部としての圧力媒体シリンダ２５に対し供給ライン５６を介して送給を行うレギュレータ５４に命令を出す。測定センサ５９は、測定範囲において±０．０１ｍｍの精度で深部転造用ローラ８の貫入深度を記録する。
【００２４】
図７は、ツール・ハウジング４０に対するセンサ１４の概略的な取付具（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）３７を示している。図７の表示においては図１の深部転造用ローラ８の代わりに、該深部転造用ローラ８に匹敵するサイズおよび形状の測定ローラ３８が配備される。測定ローラ３８もまた、ツール・ハウジング４０の内側のガイドローラ３９により支持される。図７は、揺動可能測定デバイス４１を示している。図８には、斯かる揺動可能測定デバイス４１の別の表示も示される。測定デバイス４１の揺動は、たとえば小寸の圧力媒体シリンダ４２により達成される。図７および図８に示された二つのデバイス４１は、純粋な測定デバイスである。これらは、深部転造用ツール６乃至８が係合から離脱されると直ちにクランク軸１の適切な軸受表面２内へと揺動され、深部転造プロセスを監視すべく使用される。もし機器４２が適切な形状とされてたとえば機器アーム１５上に取付けられるなら、深部転造の間において深部転造用ローラ８の貫入の深度２６も測定され得ると共に、圧力媒体シリンダ２５により生成される深部転造力もまた、深部転造用ツール６に一体化されたセンサ１４に依るのと同様にして調整され得る。
【００２５】
図９には、別の異なる測定デバイスが示される。此処で測定装置は、軸心方向において半体へと分割された２個のガイドローラ４３および４４から成る。これらの２個の半体ローラ４３および４４は各々、ハウジング４５内に回転可能に支持される。これらのローラ上には、各々がクランク軸１の凹所４８および４９内へと貫入する測定ローラ４６および４７が支持される。図９から理解され得る如く、凹所４８および４９は異なる転造深度に対応して異なる深度である。ハウジング４５に対しては、図７における取付具３７と同様な取付具５１を介して再びセンサ５０が接続される。図９に示されたデバイスもまた揺動可能であると共に、異なる転造深度４８および４９の同時測定に使用される。此処では、ガイドローラ５２の２個の半体４３および４４がクランク軸１に対して径方向に移動し得ることが企図される。ガイドローラ４３および４４に割当てられた回転軸心の各々に対しては、ジャーナル軸受２に対する当該システムの変位を決定するたとえば渦電流センサなどのセンサ５０が接続される。
【図面の簡単な説明】
【図１】深部転造ツールの前面図である。
【図２】単一の深部転造デバイスの内部の深部転造用ツールの配置構成図である。
【図３】測定方向の概略図である。
【図４】測定ツールの測定ローラによる軸心方向変位の測定を示す図である。
【図５】図２の測定用配置構成の側面図である。
【図６】機器アームに沿った種々の測定平面を示す図である。
【図７】センサの取付具を示す概略図である。
【図８】揺動可能測定装置を示す図である。
【図９】異なる転造深度を測定する装置を示す図である。
【図１０】変位ピックアップを備えた深部転造デバイスを示す図である。
【符号の説明】
１…クランク軸
２…ジャーナル軸受
３…軸心方向、クランク軸の軸心
４…凹所
５…深部転造ツール
６…ツール・ハウジング
７…ガイドローラ
８…深部転造用ローラ
９…ガイド面
１０…接線方向の残留圧縮応力
１１…凹所の底部
１２…転造半径
１３…外周縁部
１４…センサ
１５…機器アーム
１６…機器アーム
１７…深部転造デバイス
１８…枢動点
１９…第一の外端部
２０…第一の外端部
２１…ハウジング
２２…支持ローラ
２３…第二の外端部
２４…第二の外端部
２５…圧力媒体シリンダ
２６…距離の変化
２７…位置の変化
２８…軸心方向
２９…センサ
３０…間隔
３１…オイル・カラー
３２…力センサ
３３…ケージ
３４…経路
３５…センサ
３６…測定平面
３７…取付具
３８…測定ローラ
３９…ガイドローラ
４０…ツール・ハウジング
４１…揺動可能測定デバイス
４２…圧力媒体シリンダ
４３…ガイドローラ
４４…ガイドローラ
４５…ハウジング
４６…測定ローラ
４７…測定ローラ
４８…転造深度
４９…転造深度
５０…センサ
５１…取付具
５２…ガイドローラ
５３…コンピュータ
５４…レギュレータ
５５…制御ライン
５６…供給ライン
５７…測定ツール
５８…ホルダ
５９…測定センサ
６０…測定ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a deep rolling device for deep rolling a recess and a radius on a crankshaft according to the features of the preamble of the main claim.
[0002]
[Prior art]
The deep rolling of the crankshaft is achieved by a deep rolling roller that is pressed by a predetermined force into the recesses and radii that define the crankshaft bearings from the sides. Methods, machines or tools for deep rolling the crankshaft radius and recess are disclosed, for example, in EP 0 683 012 A1, EP 0 661 137 B1 and EP 0 299 111 B1. In the known method using a known machine, the crankshaft material is plasticized to a depth of about 1 mm with the aid of a deep rolling roller. In this case, a residual compressive stress is accumulated in a tangential direction around the rolling radius of the deep rolling roller, and this residual compressive stress is generated while the crankshaft operates under a bending stress. It reduces the formation of cracks at the critical point of the bearing pin that transitions to the side of the crankshaft, thus significantly increasing the fatigue strength of the crankshaft. The quality of any deep rolling is clearly important for the service life of the crankshaft. The requirements for the crankshaft are becoming increasingly severe due to the large torque and further engine performance of the particularly popular diesel engines. As a result, deep rolling of the crankshaft is becoming increasingly important in the industry and the accuracy is gradually increasing. So far, it is known that deep rolling can be carried out with a predetermined deep rolling force. However, just adhering to the deep rolling force compensates for the variety of crankshaft material strength or errors introduced into the crankshaft during crankshaft pretreatment, especially during cutting and, if appropriate, curing. I can't do it. Preprocessing errors in recesses or radii on the crankshaft to be deep rolled are not detected by known methods of adhering to predetermined deep rolling forces.
[0003]
A method for strengthening the workpiece surface is also disclosed in DE 195 11 882 A1. This known method can be applied to crankshaft processing. In this case, the workpiece surface is measured during the strengthening process, and control variables for setting / changing tool parameters are determined from the measurement results. In particular, the depth of penetration of the deformation tool into the workpiece surface is determined. Since the deep rolling roller that applies the corresponding predetermined force penetrates into the material of the workpiece, the flow property of the workpiece material (flow behavior) is placed on both sides of the deep rolling roller that penetrates the roller. ) To form ridges. In that case, the actual penetration depth of the deep rolling roller is obtained from the difference of the ridges. The surface contours can then be measured, for example mechanically, pneumatically, hydraulically, acoustically, electromagnetically, capacitively or electronically, using appropriately acting sensors.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The disadvantage of the known method is that the penetration depth is recorded indirectly with the ridges on both sides of the deep rolling roller that penetrates. Such ridges are in some cases not deterministic at all or not so determinable that they can hardly be measured. This is especially true in the case of ridges that lie in different planes, for example at the transition to both sides of the recess of the crankshaft. Experience has shown that the accuracy with which the ridges can be measured is not sufficient to provide a reliable description of the depth of penetration of the deep rolling roller into the crankshaft. Instead, it is substantially further possible to directly track the path of the deep rolling roller regardless of whether the movement relative to the crankshaft is radial or axial, or simultaneous bi-directional movement. Convenient.
[0005]
In practice in the industry, this situation also arises when the individual deep rolling rollers of the machine have a shorter service life and are prematurely damaged compared to other deep rolling rollers. According to the means known so far, it is difficult or completely impossible to detect such premature breakage of the deep rolling tool. Thus, the industry has historically randomly checked the radius or recess of the rolled crankshaft using a manually mounted clip-on instrument.
[0006]
Due to the difficulties and disadvantages described above, the object of the present invention is to achieve a particularly uniform product result and to detect and eliminate any errors that sneak into the process from the prior processing of the workpiece in a timely manner. To further improve the deep rolling of the radius and recess. In this case, such improvements must be achieved in an economic manner without additional expense. In particular, when carrying out deep rolling, existing equipment such as crankshaft deep rolling machinery and crankshaft deep rolling tools, and inherently known measurement and adjustment equipment are used without any substantial changes. Must be done.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object according to the present invention, in the course of the deep rolling operation of the recess or radius of the journal bearing, for deep rolling, the plastic deformation corresponding to the predetermined rolling depth is maintained after the deep rolling. An apparatus is proposed in which the penetration depth is continuously measured in the radial direction of the deep rolling roller of the tool and the magnitude of the deep rolling force is adjusted as a function of the measured penetration depth.
[0008]
Similarly, errors introduced into the crankshaft during pre-processing are detected regardless of whether it is a cutting result or a hardening result. For this purpose, a measuring tool having the same structure as the deep rolling tool is used. Before actually starting the deep rolling operation, each measuring roller is inserted into the recess of the journal bearing with a low applied force. The axial expansion of each measuring roller that occurs during penetration is recorded and determined as a measure for the quality of the pretreatment. For this purpose, a sensor is used which records the axial distance between the individual measuring rollers and each oil collar of the neighboring crankshaft.
[0009]
Known methods for deep rolling a crankshaft recess and radius with a predetermined rolling depth now achieve a specific rolling depth that depends on the specific state of the crankshaft radius or recess to be deep rolled. It is improved by appropriately changing the deep part rolling force to achieve the rolling depth.
[0010]
The device can implement a method such as using a single deep rolling roller of a deep rolling tool, but also measures the penetration depth of both deep rolling rollers normally used in deep rolling tools. Can be done. In addition to this, the resulting axial displacement of each measuring roller of the measuring tool can be recorded. Several devices are suitable for measuring the depth of penetration of the deep rolling roller or the axial displacement of each measuring roller of the measuring tool, and the particular choice is in any case the technique of those skilled in the art. Within range.
[0011]
The penetration depth of the deep rolling roller of the deep rolling tool or the displacement of the measuring roller of the measuring tool measured using the sensor is stored in a computer, converted into an operand, and accordingly Manpower is adjusted. The usual procedure is to first roll the crankshaft with a constant small applied force before the actual deep rolling, and after the deep rolling with the deep rolling force, the penetration depth and the deep part at the applied force. Evaluating the difference between each measured value determined from the penetration depth in the rolling force, and then determining the penetration depth using the correspondingly evaluated operand. Such operands are preferably suitable for determining errors that occur during crankshaft pretreatment, whether as a result of cutting, as a result of hardening or damage to the deep rolling roller itself.
[0012]
The invention relates to a deep rolling device for carrying out the method having the features of the preamble of claim 1. The deep rolling device according to the present invention includes a recess in the crankshaft and a deep rolling into the radius within a radial intermediate distance between the guide roller for the deep rolling roller and the journal bearing of the crankshaft. A sensor for measuring the penetration depth of the roller is provided. The sensor is connected to a computer that stores a penetration depth measurement value and converts the measurement value into an operand. The computer is also connected to a plurality of control elements, and at least one of the control elements. Controls the rotation of the crankshaft and at least one other is the deep rolling force by controlling the rotation of the crankshaft and the supply to the pressure medium cylinder by means of a pressure medium as a function of the evaluated computer operand Is generated.
[0013]
The sensors may be arranged in various measurement planes along each instrument arm, except for the first outer end of each of the two bowl-shaped instrument arms holding the respective members of the deep rolling tool. . In addition to the possibility of determining the radial penetration depth of the deep rolling roller into the crankshaft, the two measuring rollers of the measuring tool configured as a deep rolling tool are measuring rolling tools (measuring rolling tool) ), The axial expansion of the measuring roller with the penetration of each measuring roller can be determined with the aid of a sensor.
[0014]
Suitable sensors include inductive sensors, optically functioning triangulation sensors, digital path measurement sensors, potentiometers or ultrasonic sensors. In any case, the optimum choice is within the skill of the person skilled in the art. In this case, it is contemplated that a triangulation sensor operating with a laser beam may also be used. Both digital path measurement sensors and capacitive potentiometers can be constructed as devices that perform measurements in an eddy current manner. It is important that certain sensors have a tenfold resolution of at least ten times the rolling depth measurement from 0.1 mm to 0.9 mm for a measurement range of about 1 mm.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, the present invention will be described with reference to several examples. Each of the highly simplified figures is largely schematic rather than to scale.
In each of the accompanying drawings, a portion directly related to the crankshaft can be identified by being particularly shaded. The control system is indicated by a broken line.
FIG. 1 shows a sequence for deep rolling the crankshaft 1. The crankshaft 1 has a journal bearing 2 for a main bearing or a connecting rod bearing, for example. For example, in the direction of the longitudinal axis of the crankshaft 1 indicated by the dashed line 3 extending parallel to the longitudinal axis of the crankshaft 1, the journal bearing 2 is delimited by a recess 4 on each side. As can be clearly seen in FIG. 1, the two recesses 4 have an axial separation corresponding to the width of the journal bearing 2. According to the selection display in FIG. 1, each recess 4 is processed using a deep rolling tool 5. The deep rolling tool 5 includes a tool housing 6, and a guide roller 7 is supported in the housing so as to be rotatable about an axis 3 thereof. A deep part rolling roller 8 penetrates into each recess 4, and the two deep rolling rollers 8 are expanded outward at an angle of about 35 ° with respect to the vertical, and the tool housing 6 is supported on the guide surface 9 of the guide roller 7.
[0016]
As a result of the action of the deep rolling roller 8 on the recess 4, a tangential residual compressive stress indicated by an arrow 10 appears inside the crankshaft 1 at the bottom of the recess 4. The bottom of the recess 4 is represented by an arrow 11 and the arrow 12 represents a rolling radius that can be 1.2 to 1.9 mm on the crankshaft for a passenger car engine.
[0017]
In the present embodiment, the sensor 14 is disposed in the radial interval between the outer peripheral edge 13 of the guide roller 7 and the journal bearing 2 of the crankshaft 1. The sensor 14 is connected to the housing 6 at an appropriate location, and measures the radial distance between the outer peripheral edge 13 of the guide roller 7 and the journal bearing 2 of the crankshaft 1. The sensor 14 can be, for example, a small eddy current sensor. The sensor 14 is also shown in FIG. Here, for example, the sensor is arranged on the instrument arm 15 of a deep rolling device 17 having two instrument arms 15 and 16.
[0018]
As already mentioned, a single deep rolling machine has a plurality of such deep rolling devices 17 corresponding to the number of journal bearings 2 to be processed. The two instrument arms 15 and 16 are pivotally attached to each other at a common pivot point 18 like a saddle. Each of the first outer ends 19 and 20 of the two instrument arms 15 and 16 holds a corresponding part of the deep rolling tool 5. Thus, for example, the tool housing 6 is attached to the first outer end 19 of the equipment arm 15 together with the guide roller 7, and two pieces are provided on the first outer end 20 of the second equipment arm 16 facing this. A casing 21 is attached together with the support roller 22. The crankshaft 1 is disposed in the middle. According to the display in FIG. 2, the sensor 14 is attached to both the instrument arm 15 and the tool housing 6.
[0019]
A pressure medium cylinder 25 is arranged between the second outer ends 23 and 24 of the instrument arms 15 and 16, respectively. The pressure medium cylinder 25 generates a deep rolling force necessary for deep rolling each recess 4 of the crankshaft 1. The signal from the sensor 14 is transferred to, for example, a computer 53 where it is stored, converted to an operand, and supplied to a regulator 54 that regulates the supply of pressure medium to the pressure medium cylinder 25. The computer 53 and the regulator 54 are devices familiar to those skilled in the art.
[0020]
FIG. 3 shows a change in the distance 26 of the deep rolling roller 8 relative to the bearing surface 2 of the crankshaft 1 in the radial direction. Here, the changes in the distance 26 of the two deep rolling rollers 8 that undergo a change in position individually in the direction of the two arrows 27 during the deep rolling process are recorded together. It can be seen from FIG. 3 that the two arrows 27 can each be broken down into one component in the vertical direction corresponding to the arrow 26 and another component 28 in the direction of the axis of rotation 3.
[0021]
This type of record can be seen from FIG. When each measuring roller 38 of the measuring tool 57 penetrates into the recess 4 of the crankshaft 1, these measuring rollers 38 are simultaneously expanded in the axial direction 28. As with the deep rolling tool 6, the two measuring rollers 38 of the measuring tool 57 are guided laterally within the cage 33 (FIG. 5). In order to determine the axial displacement of each measuring roller 38 of the measuring tool 57, for example, a sensor 29 is provided which determines the size of the distance 30 between the measuring roller 38 and the oil collar 31 of the crankshaft 1. The axial position of each measuring roller 38 before the deep rolling operation can identify errors in the preprocessing of the crankshaft 1, i.e. errors in the recesses 4 formed into different depths. Also, depending on the displacement of the measuring roller 38 during deep rolling, the process can be monitored, for example because different rolling depths as a result of different hardening in the vicinity of each recess 4 can be identified. There is an arrangement corresponding to FIG. 4 in which the manner in which the sensor 29 is attached to the tool housing 40 of the measuring tool 57 is particularly advantageous. In addition, if necessary, a force sensor 32 cooperating with a path sensor (not shown) for recording the path 34 covered by the recess 4 during one revolution of the crankshaft 1 is also a measuring tool 57. Can be completed. The force sensor 32 is connected to a supply line 56 that supplies a pressure medium to the pressure medium cylinder 25 via, for example, a control line 55. Each magnitude of the deep rolling force is determined and monitored by this possible method of recording operating pressure, which is also familiar to those skilled in the art.
[0022]
FIG. 6 shows a sensor 35 similar to sensor 14 that records the change in radial distance between the first outer ends 19 and 21 of the two instrument arms 15 and 16, respectively. In addition to the arrangement at the outer ends 19 and 21, a sensor comparable to the sensor 35 can be mounted in each measuring plane 36. Here, appropriate selection of the measurement plane 36 is left to those skilled in the art. For a specific arrangement, it is only important that the measured quantity required has a tenfold resolution.
[0023]
FIG. 10 shows an enlarged view substantially corresponding to FIG. Here, a holder 58 is attached inside the instrument arm 15 between the outer end 20 and the pivot point 18. From the holder 58, a measurement sensor 59 such as an inductive displacement pickup directed toward the equipment arm 16 protrudes. Since the measurement sensor 59 can record the distance between the two instrument arms 15 and 16 with high accuracy, it is suitable for recording the depth of penetration of the deep rolling roller 8 into the crankshaft 1 without any gap. Yes. The measurement signal is transferred to the computer 53 via the measurement line 60, and the computer 53 issues a command to the regulator 54 that supplies the pressure medium cylinder 25 as a part of the regulator 54 via the supply line 56. . The measurement sensor 59 records the penetration depth of the deep part rolling roller 8 with an accuracy of ± 0.01 mm in the measurement range.
[0024]
FIG. 7 shows a schematic attachment 37 of the sensor 14 to the tool housing 40. In the display of FIG. 7, a measuring roller 38 having a size and shape comparable to the deep rolling roller 8 is provided in place of the deep rolling roller 8 of FIG. The measuring roller 38 is also supported by a guide roller 39 inside the tool housing 40. FIG. 7 shows a swingable measuring device 41. FIG. 8 also shows another display of such a rockable measuring device 41. The oscillation of the measuring device 41 is achieved, for example, by a small pressure medium cylinder 42. The two devices 41 shown in FIGS. 7 and 8 are pure measuring devices. These are swung into the appropriate bearing surface 2 of the crankshaft 1 as soon as the deep rolling tools 6-8 are disengaged and are used to monitor the deep rolling process. If the instrument 42 is appropriately shaped and mounted on the instrument arm 15, for example, the depth 26 of penetration of the deep rolling roller 8 can also be measured during deep rolling and is generated by the pressure medium cylinder 25. The deep rolling force can also be adjusted in the same way as with the sensor 14 integrated in the deep rolling tool 6.
[0025]
FIG. 9 shows another different measuring device. The measuring device here consists of two guide rollers 43 and 44 which are divided into halves in the axial direction. Each of these two half rollers 43 and 44 are rotatably supported in a housing 45. Supported on these rollers are measuring rollers 46 and 47, each penetrating into the recesses 48 and 49 of the crankshaft 1. As can be seen from FIG. 9, the recesses 48 and 49 are of different depths corresponding to different rolling depths. The sensor 50 is again connected to the housing 45 via a fixture 51 similar to the fixture 37 in FIG. The device shown in FIG. 9 is also swingable and is used for simultaneous measurements of different rolling depths 48 and 49. Here, it is contemplated that the two halves 43 and 44 of the guide roller 52 can move radially relative to the crankshaft 1. A sensor 50 such as an eddy current sensor for determining the displacement of the system with respect to the journal bearing 2 is connected to each of the rotation axes assigned to the guide rollers 43 and 44.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a deep rolling tool.
FIG. 2 is an arrangement configuration diagram of a deep rolling tool inside a single deep rolling device.
FIG. 3 is a schematic view of a measurement direction.
FIG. 4 is a diagram illustrating measurement of axial displacement by a measurement roller of a measurement tool.
5 is a side view of the measurement arrangement of FIG.
FIG. 6 shows various measurement planes along the instrument arm.
FIG. 7 is a schematic view showing a fixture of a sensor.
FIG. 8 is a view showing a swingable measuring apparatus.
FIG. 9 shows an apparatus for measuring different rolling depths.
FIG. 10 is a view showing a deep rolling device provided with a displacement pickup.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crankshaft 2 ... Journal bearing 3 ... Axial direction, crankshaft axis 4 ... Recess 5 ... Deep rolling tool 6 ... Tool housing 7 ... Guide roller 8 ... Deep rolling roller 9 ... Guide surface 10 ... tangential residual compressive stress 11 ... recess bottom 12 ... rolling radius 13 ... outer peripheral edge 14 ... sensor 15 ... equipment arm 16 ... equipment arm 17 ... deep rolling device 18 ... pivot point 19 ... first Outer end 20 ... first outer end 21 ... housing 22 ... support roller 23 ... second outer end 24 ... second outer end 25 ... pressure medium cylinder 26 ... distance change 27 ... position change 28 ... axial direction 29 ... sensor 30 ... interval 31 ... oil collar 32 ... force sensor 33 ... cage 34 ... path 35 ... sensor 36 ... measurement plane 37 ... fixture 38 ... measurement roller 39 ... guide roller 40 ... tool housing 41 ... Possible to swing Measuring device 42 ... Pressure medium cylinder 43 ... Guide roller 44 ... Guide roller 45 ... Housing 46 ... Measuring roller 47 ... Measuring roller 48 ... Rolling depth 49 ... Rolling depth 50 ... Sensor 51 ... Fixture 52 ... Guide roller 53 ... Computer 54 ... Regulator 55 ... Control line 56 ... Supply line 57 ... Measuring tool 58 ... Holder 59 ... Measuring sensor 60 ... Measuring line

Claims

複数の深部転造用ツールを有する深部転造機の少なくとも一つの深部転造用ツールを用いてクランク軸のジャーナル軸受を軸心方向において両側で夫々境界画定する凹所および半径を深部転造する深部転造装置であって、
前記深部転造用ツールは、前記深部転造装置の二つの鋏状機器アームの相互に対向する夫々の第一の外端部に配備されており、前記二つの鋏状機器アームは該鋏状機器アームの略々長手中央で相互に枢着されており、前記深部転造用ツールはツール・ハウジングを有し、
ガイドローラおよび少なくとも一つの深部転造用ローラが回転可能に支持されると共に、前記ガイドローラは前記クランク軸の前記ジャーナル軸受から径方向間隔を有し、且つ、
前記深部転造装置の前記二つの機器アームの夫々の第二の外端部の間には深部転造力を生成する圧力媒体シリンダが配備される、深部転造装置において、
前記ガイドローラ（７、４３、４４、５２）と前記ジャーナル軸受（２）との間の前記径方向間隔内には前記クランク軸（１）の凹所（４、４８、４９）および半径内への前記深部転造用ローラ（８）の貫入深度を決定するセンサ（１４、５０）が配備され、
前記センサ（１４、５０）の各々は、測定値を記憶するコンピュータ（５３）であって該測定値をオペランドへと変換するコンピュータ（５３）に接続され、且つ、
前記コンピュータ（５３）は複数の制御要素（２５、５４、５６）に接続されると共に、前記制御要素（２５、５４、５６）の少なくともひとつは前記クランク軸（１）の回転を制御し、少なくとも他のひとつ（５４）は前記圧力媒体シリンダ（２５）への送給を制御することにより、前記クランク軸（１）の回転と前記コンピュータ（５３）により評価された前記オペランドとの関数として前記深部転造力を生成することを特徴とする、深部転造装置。A deep part that deeply rolls a recess and a radius that delimits the journal bearing of the crankshaft on both sides in the axial direction using at least one deep rolling tool of a deep rolling machine having a plurality of deep rolling tools A rolling device,
The deep rolling tool is disposed on each of the first outer ends of the two saddle-shaped device arms facing each other of the deep rolling device, and the two saddle-shaped device arms are arranged in the bowl-shaped device arm. Pivoted to each other at approximately the longitudinal center of the instrument arm, the deep rolling tool has a tool housing;
A guide roller and at least one deep rolling roller are rotatably supported, the guide roller having a radial spacing from the journal bearing of the crankshaft; and
In the deep rolling device, a pressure medium cylinder for generating a deep rolling force is provided between the second outer ends of the two equipment arms of the deep rolling device,
Within the radial spacing between the guide roller (7, 43, 44, 52) and the journal bearing (2) into the recess (4, 48, 49) and radius of the crankshaft (1). a sensor for determining the penetration depth of the deep rolling roller (8) (14, 50) is deployed,
Each of the sensors (14, 50 ) is connected to a computer (53) for storing measured values and converting the measured values into operands (53), and
The computer (53) is connected to a plurality of control elements (25, 54, 56), and at least one of the control elements (25, 54, 56) controls the rotation of the crankshaft (1), and at least The other one (54) controls the feeding to the pressure medium cylinder (25), so that the deep part as a function of the rotation of the crankshaft (1) and the operand evaluated by the computer (53). A deep rolling device characterized by generating a rolling force.

前記深部転造ツール（５）は当該二つの鋏状機器アーム（１５、１６）の略々長手中央で相互に枢着された二つの鋏状機器アーム（１５、１６）の相互に対向する夫々の第一の外端部（１９、２０）に配備されると共に、前記機器アーム（１５、１６）の夫々の第二の外端部（２３、２４）の間には深部転造力を生成する圧力媒体シリンダ（２５）が配備される請求項１記載の深部転造装置において、
前記機器アーム（１５、１６）の夫々の第一の外端部（１９、２０）間には、前記クランク軸（１）の凹所（４、４８、４９）および半径内への前記深部転造用ローラ（８）の貫入深度を決定する少なくとも一つのセンサ（１４、３５、５０、５８、５９）が配備され、
前記センサ（１４、３５、５０、５８、５９）は、測定値を記憶するコンピュータ（５３）であって該測定値をオペランドへと変換するコンピュータ（５３）に接続され、且つ、
前記コンピュータ（５３）は複数の制御要素（２５、５４、５６）に接続されると共に、前記制御要素（２５、５４、５６）の少なくともひとつは前記クランク軸（１）の回転を制御し、少なくとも他のひとつ（５４）は前記圧力媒体シリンダ（２５）への送給を制御することにより、前記クランク軸（１）の回転と前記コンピュータ（５３）により評価された前記オペランドとの関数として圧力媒体により前記深部転造力を生成することを特徴とする深部転造装置。The deep rolling tool (5) has two saddle-like device arms (15, 16) which are pivotally attached to each other substantially at the longitudinal center of the two saddle-like device arms (15, 16). And a deep rolling force is generated between the respective second outer ends (23, 24) of the instrument arms (15, 16). The deep rolling device according to claim 1, wherein a pressure medium cylinder (25) is provided.
Between the respective first outer ends (19, 20) of the instrument arms (15, 16), the recesses (4, 48, 49) of the crankshaft (1) and the deep part rolling into the radius. At least one sensor (14, 35, 50, 58, 59) for determining the penetration depth of the building roller (8) is provided;
The sensor (14, 35, 50, 58, 59) is connected to a computer (53) for storing measured values and converting the measured values into operands (53), and
The computer (53) is connected to a plurality of control elements (25, 54, 56), and at least one of the control elements (25, 54, 56) controls the rotation of the crankshaft (1), and at least The other one (54) controls the feed to the pressure medium cylinder (25) so that the pressure medium as a function of the rotation of the crankshaft (1) and the operand evaluated by the computer (53). The deep part rolling device is characterized by generating the deep part rolling force.

前記センサ（１４、３５、５０、５８、５９）は前記機器アーム（１５、１６）に沿って異なる測定平面（３６）内に配備されることを特徴とする、請求項２記載の深部転造装置。 Deep rolling according to claim 2, characterized in that the sensors (14, 35, 50, 58, 59) are arranged in different measuring planes (36) along the instrument arms (15, 16). apparatus.

前記センサ（１４、３５、５０、５８、５９）は、誘導センサ、光学的に機能する三角測量センサ、デジタル式経路測定センサ、ポテンショメータ、または、超音波センサであることを特徴とする、請求項１記載の深部転造装置。 The sensor (14, 35, 50, 58, 59) is an inductive sensor, an optically functioning triangulation sensor, a digital path measurement sensor, a potentiometer, or an ultrasonic sensor. The deep rolling apparatus according to 1.

前記三角測量センサはレーザ設計態様を用いて構築されることを特徴とする、請求項４記載の深部転造装置。 5. The deep rolling device according to claim 4, wherein the triangulation sensor is constructed using a laser design mode.

前記デジタル式経路測定センサまたは前記ポテンショメータは、渦電流方式に従い動作する容量デバイスとして構築されることを特徴とする、請求項４記載の深部転造装置。 5. The deep rolling apparatus according to claim 4, wherein the digital path measuring sensor or the potentiometer is constructed as a capacitive device that operates according to an eddy current method.

夫々のセンサ（１４、３５、５０、５８、５９）は、約１ｍｍの測定範囲に対して転造深度の測定値が０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍに在る少なくとも十倍の分解能を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の深部転造装置。 Each sensor (14, 35, 50, 58, 59) has a resolution of at least ten times that the measured rolling depth is between 0.1 mm and 0.9 mm for a measuring range of about 1 mm. The deep part rolling device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is characterized.